超高强聚乙烯纤维
超高强聚乙烯纤维
由于这种材料熔点低，耐冲击性能好。因此在防弹防刺产品上应用广泛。常与其他高性能纤维制作复合材料。
1. 结构和性能
超高分子量聚乙烯突出的特性是与其极高的分子量分不开的。一般说来，只有平均分子量大于170万的超高分子量聚乙烯树脂，才具有常规分子聚乙烯所不具备、其它工程塑料无法比拟的优良性能。因此，人们通常把平均分子量超过170万的聚乙烯称之为超高分子量聚乙烯。目前还没有单纯的高分子材料具有如此多的优良性能。
1.1 物理性能：
密度：0.97～0.98g/cm3；
强度：2.8～4N/tex；
模量：91～140N/tex；
延伸度：3.5％～3.7％；
1.2 冲击吸收能
比对位芳酰胺纤维高近一倍，耐磨性好，摩擦系数小，但应力下熔点只有145～160℃。
1.3 特殊性能
1、高比强度，高比模量。 比强度是同等截面钢丝的十多倍， 比模量仅次于特级碳纤维。
2、纤维密度低，密度是0.97g/cm3，可浮于水面。
3、断裂伸长低，断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。
4、抗紫外线辐射，防中子和γ射线，比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。
5、耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。
1.4 缺点
主要有3个：(1)不耐高温。因为PE的熔点只有150℃左右，所以不适宜在高温下使用；(2)纤维的抗蠕变能力较差，在持续受力作用下易发生形变，不适宜在持续受力的情况下使用；(3)因为结构具有化学惰性，表面极性较低，与其它材料的粘合性能较差,用于复合材料制造难度较大。
2. 生产制备
UHMWPE纤维的生产采用凝胶纺丝(又称冻胶纺丝)方法进行。现有的生产工艺可以分为两大类，一类以DSM和东洋纺为代表的干法纺丝法,另一类以Honeywell为代表的湿法纺丝法。
两者的主要区别是采用了不同的溶剂和后续工艺。DSM工艺采用十氢萘溶剂。十氢萘易挥发，可以采用干法纺丝，省去了其后的萃取工段；Honeywell采用石蜡油溶剂，需要后续的萃取工段，用第二溶剂(萃取剂)将第一溶剂萃取出来。Honeywell等公司采用的石蜡油(paraffin oil)，又称矿物油(mineral oil)或者白油(white oil)。一般为沸点高于350℃的烃类混合物。国内现有的生产厂家大多数都采用石蜡油为溶剂的湿法纺丝工艺。国内外使用较多的萃取剂有氟氯烃(例如三氯三氟乙烷)、溶剂汽油、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷等。氟氯烃低毒、不燃、萃取效率高，但是其使用受到保护臭氧层等国际公约的限制。寻找高效、低毒、安全的萃取剂一直是UHMWPE纤维生产工艺开发的重要内容。
UHMW-PE虽然具有很多优良的特性，但也多不足：由于其分子链很长，极易发生链缠结融时，熔体粘度高达108Pas；且临界剪切速低,易发生熔体破裂,给成型加工带来困难；另还有表面硬度低、抗磨粒磨损能力差和热变形低等缺限。为了使它能在条件要求高的某些场到应用，需对UHMW-PE性能进行适当改性。改性的目的是：在不影响UHMW-PE性能的基础上，提熔体流动性，或针对UHMW-PE自身性能的缺点复合改性（如改进熔体流动性、耐热性、抗静电阻燃性及表面硬度等）。
通过化学、物理等方法改性生产出的超高分子量聚乙烯纤维，具有了更多的特性，在实际生产和应用中发挥着巨大的作用，也是科学工作者们研究的重点方向。
3. 应用
由于超高分子量聚乙烯纤维具有众多的优异特性， 它在高性能纤维市场上，包括在海上油田的系泊绳、高性能轻质复合材料等方面均显示出极大的优势，在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。
国防军需装备方面：由于该纤维的耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌等，其中以防弹衣的应用最为引人注目。它具有轻柔的优点，防弹效果优于芳纶，现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。另外 超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值是钢10倍，是玻璃纤维和芳纶的2倍多。国外用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹、防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品。
航空航天方面的应用：在航天工程中，由于该复合材料轻质高强和抗冲击性能好，适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。而且也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索，取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索，其发展速度异常迅速。
民用方面：(1)绳索、缆绳方面的应用：用该纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程，是该纤维的最初用途。普遍用于负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索和钓鱼线等。该纤维制成的绳索，在自重下的断裂长度是钢绳的8倍，是芳纶的2倍。该绳索用于超级油轮、海洋操作平台、灯塔等的固定锚绳，解决了以往使用钢缆遇到的锈蚀和尼龙、聚酯缆绳遇到的腐蚀、水解、紫外降解等引起缆绳强度降低和断裂，需经常进行更换的问题。(2)体育器材用品：在体育用品上已经制成安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿、球拍及自行车、滑翔板、超轻飞机零部件等，其性能较传统材料好。(3)用作生物材料：该纤维增强复合材料用于牙托材料、医用移植物和整形缝合等方面，它的生物相容性和耐久性都较好，并具有高的稳定性，不会引起过敏，已作临床应用。(4)工业上，该纤维及其复合材料可用作耐压容器、传送带、过滤材料、汽车缓冲板等；建筑方面可以用作墙体、隔板结构等，用它作为增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度，提高其抗冲击性能。
4. 市场前景
我国新材料复合化应，通过实现材料与结构一体化,结构与功能一体化,来满足市场对新材料轻质、高性能化和多功能化等方面的要求。新材料是21世纪重点发展的产业,复合化是新材料技术发展的重要趋势,先进的复合材料更成为新材料发展的重要方向。近几年来,全球新材料产业以20%左右的速度快速发展,市场发展趋势十分看好。不可否认超高分子量聚乙烯纤维就是这其中的代表。
超高分子量聚乙烯纤维作为目前属世界范围内的稀缺物资， 世界年需求量约5万吨，其中美国占70%。但目前全世界产量不足9000吨，缺口很大。据专家预测，未来10年内每年超高分子量聚乙烯纤维的市场年需求量将10万吨以上，市场潜力巨大，前景广阔。